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脈沖激光束照射石墨層制備納米金剛石薄膜

星之球科技 來源: sciencedaily2014-11-12 我要評(píng)論(0 )   

研究人員在提升金屬強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamond films)并實(shí)現(xiàn)了光刻燒蝕。該技術(shù)在生物傳感...

      研究人員在提升金屬強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamond films)并實(shí)現(xiàn)了光刻燒蝕。該技術(shù)在生物傳感器乃至計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。 

 

    上圖描繪了一項(xiàng)新技術(shù)的工作原理,利用脈沖激光束將石墨合成納米金剛石薄膜并在石墨上進(jìn)行光刻,該技術(shù)有望應(yīng)用于傳感器及計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域。 研究人員在提升金屬強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamond films)并實(shí)現(xiàn)了光刻燒蝕。該技術(shù)在生物傳感器乃至計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。 

   “過去我們制備人造金剛石需要高溫高壓環(huán)境,而新技術(shù)最大的優(yōu)勢,就是可以選擇性地將納米金剛石微粒沉積在剛性表面,無需苛刻的環(huán)境條件。”美國普渡大學(xué)(Purdue University)工業(yè)工程副教授Gary Cheng說,“因?yàn)槲覀兪窃谑覝叵伦鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn),因而降低了制備金剛石的成本。除此之外,我們還可以將設(shè)計(jì)好的圖案直接“刻寫”在納米金剛石膜上。” 

    這種金剛石薄膜光刻技術(shù)具有選擇性,有望應(yīng)用于生物傳感器、量子計(jì)算、燃料電池和新一代計(jì)算機(jī)芯片等領(lǐng)域。 該技術(shù)利用了多層薄膜結(jié)構(gòu),包括一個(gè)在玻璃蓋板覆蓋下的石墨層。當(dāng)紫外脈沖激光照射在該材料上,石墨層瞬間被電離形成等離子體,并產(chǎn)生一個(gè)向下的壓力。之后,石墨等離子體迅速固化成為金剛石。最上層的玻璃蓋板限制了等離子體的逃逸,使其形成了納米金剛石膜。Cheng認(rèn)為,“這些都是由超小的金剛石微粒和高強(qiáng)度的鍍膜層組成的,因而可以適用于高溫傳感器。” 

    該研究成果發(fā)表在《自然》的在線期刊《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)上。該論文作者包括前普渡大學(xué)博士生Yuefeng Wang,Yingling Yang,Ji Li和Martin Y. Zhang,博士后研究助理Jiayi Shao,博士生Qiong Nian和Liang Tang,以及Gary Cheng。

     該發(fā)現(xiàn)源于研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)時(shí)他們正研究如何利用石墨薄層和納秒脈沖激光(nanosecond-pulsing laser)來提升金屬強(qiáng)度。一名博士生意外發(fā)現(xiàn),激光可以令石墨消失或呈現(xiàn)半透明現(xiàn)象。 

    “黑色的石墨層不見了,但是它去哪了呢?”Cheng說到。 

    隨后的研究表明,石墨變成了金剛石。普渡大學(xué)研究人員將該過程命名為限制型脈沖激光沉積(confined pulse laser deposition,CPLD)。 

    為了證實(shí)該結(jié)構(gòu)確為金剛石,研究小組利用了一系列技術(shù)手段,包括透射電子顯微鏡,X射線衍射分析和電阻測量技術(shù)。 

    Cheng說,該技術(shù)已經(jīng)通過普渡大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化部門申請(qǐng)了美國專利。將該研究商業(yè)化還需要更多的后續(xù)研究。

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